EXAME FINAL NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO Prova Escrita de Física e Química A 11.º Ano de Escolaridade Decreto-Lei n.º 139/01, de 5 de julho Prova 715/Época Especial 15 Páginas Duração da Prova: 10 minutos. Tolerância: 30 minutos. 016 Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta azul ou preta. É permitida a utilização de régua, esquadro, transferidor e calculadora gráfica. Não é permitido o uso de corretor. Risque aquilo que pretende que não seja classificado. Para cada resposta, identifique o grupo e o item. Apresente as suas respostas de forma legível. Apresente apenas uma resposta para cada item. A prova inclui uma tabela de constantes, um formulário e uma tabela periódica. As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado da prova. Nos termos da lei em vigor, as provas de avaliação externa são obras protegidas pelo Código do Direito de Autor e dos Direitos Conexos. A sua divulgação não suprime os direitos previstos na lei. Assim, é proibida a utilização destas provas, além do determinado na lei ou do permitido pelo IAVE, I.P., sendo expressamente vedada a sua exploração comercial. Prova 715/E. Especial Página 1/ 15
TABELA DE CONSTANTES Velocidade de propagação da luz no vácuo c = 3,00 10 8 m s -1 Módulo da aceleração gravítica de um corpo junto à superfície da Terra g = 10 m s - Constante de Gravitação Universal G = 6,67 10-11 N m kg - Constante de Avogadro N A = 6,0 10 3 mol -1 Constante de Stefan-Boltzmann v = 5,67 10-8 W m - K -4 Produto iónico da água (a 5 C) K w = 1,00 10-14 Volume molar de um gás (PTN) V m =,4 dm 3 mol -1 FORMULÁRIO Conversão de temperatura (de grau Celsius para kelvin)... T = i + 73,15 T temperatura absoluta (temperatura em kelvin) i temperatura em grau Celsius Densidade (massa volúmica)... t = m m massa V V volume Efeito fotoelétrico... E rad = E rem + E c E rad energia de um fotão da radiação incidente no metal E rem energia de remoção de um eletrão do metal E c energia cinética do eletrão removido Concentração de solução... c = n n quantidade de soluto V V volume de solução Relação entre ph e concentração de H 3 O +....ph = -log {[H 3 O + ] /mol dm -3 } 1.ª Lei da Termodinâmica... DU = W + Q + R DU variação da energia interna do sistema (também representada por DE i ) W energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de trabalho Q energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de calor R energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de radiação Lei de Stefan-Boltzmann... P = evat 4 P potência total irradiada pela superfície de um corpo e emissividade da superfície do corpo v constante de Stefan-Boltzmann A área da superfície do corpo T temperatura absoluta da superfície do corpo Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação da sua temperatura... m massa do corpo c capacidade térmica mássica do material de que é constituído o corpo DT variação da temperatura do corpo Taxa temporal de transferência de energia, sob a forma de calor, por condução... Q energia transferida, sob a forma de calor, por condução, através de uma barra, no intervalo de tempo Dt k condutividade térmica do material de que é constituída a barra A área da secção da barra, perpendicular à direção de transferência de energia l comprimento da barra DT diferença de temperatura entre as extremidades da barra E = mcdt Q Dt = k A l DT Prova 715/E. Especial Página / 15
Trabalho realizado por uma força constante, F, que atua sobre um corpo em movimento retilíneo... d módulo do deslocamento do ponto de aplicação da força a ângulo definido pela força e pelo deslocamento W = Fd cosa Energia cinética de translação... E c = 1 mv m massa v módulo da velocidade Energia potencial gravítica em relação a um nível de referência... m massa g módulo da aceleração gravítica junto à superfície da Terra h altura em relação ao nível de referência considerado Teorema da energia cinética... W soma dos trabalhos realizados pelas forças que atuam num corpo, num determinado intervalo de tempo DE c variação da energia cinética do centro de massa do corpo, no mesmo intervalo de tempo E p = m g h W = DE c Lei da Gravitação Universal... F g = G m 1 m r F g módulo da força gravítica exercida pela massa pontual m 1 (m ) na massa pontual m (m 1 ) G constante de Gravitação Universal r distância entre as duas massas.ª Lei de Newton... F = ma F resultante das forças que atuam num corpo de massa m a aceleração do centro de massa do corpo Equações do movimento retilíneo com aceleração constante... x = x 0 + v 0 t + 1 at x valor (componente escalar) da posição v valor (componente escalar) da velocidade v = v 0 + at a valor (componente escalar) da aceleração t tempo Equações do movimento circular com velocidade linear de módulo constante... a c = v r a c módulo da aceleração centrípeta v módulo da velocidade linear r raio da trajetória T período do movimento ~ módulo da velocidade angular v = rr T ~ = r T Comprimento de onda... m = v f v módulo da velocidade de propagação da onda f frequência do movimento ondulatório Função que descreve um sinal harmónico ou sinusoidal... y = A sin(~t) A amplitude do sinal ~ frequência angular t tempo Fluxo magnético que atravessa uma superfície, de área A, em que existe um campo magnético uniforme, B... U m = B A cos a a ângulo entre a direção do campo e a direção perpendicular à superfície Força eletromotriz induzida numa espira metálica... f i = DU m DU Dt m variação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira, no intervalo de tempo Dt Lei de Snell-Descartes para a refração... n 1 sin a 1 = n sin a n 1, n índices de refração dos meios 1 e, respetivamente a 1, a ângulos entre a direção de propagação da onda e a normal à superfície separadora no ponto de incidência, nos meios 1 e, respetivamente Prova 715/E. Especial Página 3/ 15
Prova 715/E. Especial Página 4/ 15 TABELA PERIÓDICA 55 Cs 13,91 56 Ba 137,33 57-71 Lantanídeos 7 Hf 178,49 73 Ta 180,95 74 W 183,84 75 Re 186,1 76 Os 190,3 77 Ir 19, 78 Pt 195,08 79 Au 196,97 80 Hg 00,59 81 T 04,38 8 Pb 07,1 83 Bi 08,98 84 Po [08,98] 85 At [09,99] 86 Rn [,0] 37 Rb 85,47 38 Sr 87,6 39 Y 88,91 40 Zr 91, 41 Nb 9,91 4 Mo 95,94 43 Tc 97,91 44 Ru 101,07 45 Rh 10,91 46 Pd 106,4 47 Ag 107,87 48 Cd 11,41 49 In 114,8 50 Sn 118,71 51 Sb 11,76 5 Te 17,60 53 I 16,90 54 Xe 131,9 19 K 39,10 0 Ca 40,08 1 Sc 44,96 Ti 47,87 3 V 50,94 4 Cr 5,00 5 Mn 54,94 6 Fe 55,85 7 Co 58,93 8 Ni 58,69 9 Cu 63,55 30 Zn 65,41 31 Ga 69,7 3 Ge 7,64 33 As 74,9 34 Se 78,96 35 Br 79,90 36 Kr 83,80 11 Na,99 1 Mg 4,31 13 A 6,98 14 Si 8,09 15 P 30,97 16 S 3,07 17 C 35,45 18 Ar 39,95 3 Li 6,94 4 Be 9,01 5 B 10,81 6 C 1,01 7 N 14,01 8 O 16,00 9 F 19,00 10 Ne 0,18 1 H 1,01 He 4,00 90 Th 3,04 91 Pa 31,04 9 U 38,03 93 Np [37] 94 Pu [44] 95 Am [43] 96 Cm [47] 97 Bk [47] 98 Cf [51] 99 Es [5] 100 Fm [57] 101 Md [58] 10 No [59] 103 Lr [6] 58 Ce 140,1 59 Pr 140,91 60 Nd 144,4 61 Pm [145] 6 Sm 150,36 63 Eu 151,96 64 Gd 157,5 65 Tb 158,9 66 Dy 16,50 67 Ho 164,93 68 Er 167,6 69 Tm 168,93 70 Yb 173,04 71 Lu 174,98 87 Fr [3] 88 Ra [6] 89-103 Actinídeos 105 Db [6] 104 Rf [61] 107 Bh [64] 108 Hs [77] 109 Mt [68] Número atómico Elemento Massa atómica relativa 110 Ds [71] 111 Rg [7] 89 Ac [7] 57 La 138,91 106 Sg [66] 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 13 14 15 16 17 18
Nas respostas aos itens de escolha múltipla, selecione a opção correta. Escreva, na folha de respostas, o número do item e a letra que identifica a opção escolhida. Nas respostas aos itens em que é pedida a apresentação de todas as etapas de resolução, explicite todos os cálculos efetuados e apresente todas as justificações ou conclusões solicitadas. Utilize unicamente valores numéricos das grandezas referidas na prova (no enunciado dos itens, na tabela de constantes e na tabela periódica). Utilize os valores numéricos fornecidos no enunciado dos itens. GRUPO I A Figura 1 representa esquematicamente, vista de cima, a montagem utilizada por um grupo de alunos, numa atividade laboratorial sobre movimento circular uniforme. Nessa montagem, um carrinho (1), colocado sobre uma plataforma giratória (), está preso por um fio (3) a um sensor de força (não representado na figura). Por ação de um motor, essa plataforma gira num plano horizontal, com velocidade angular constante. O motor pode ser regulado de modo a permitir alterar, de ensaio para ensaio, o módulo da velocidade angular da plataforma. Quando a plataforma gira, o carrinho descreve um movimento circular uniforme em torno do eixo da plataforma. 3 1 Figura 1 1. Além da montagem acima descrita, os alunos dispõem também de um cronómetro. Descreva uma metodologia que permita determinar indiretamente a frequência de rotação da plataforma giratória, num dos ensaios realizados. Prova 715/E. Especial Página 5/ 15
. Numa primeira série de ensaios, mantendo constante o raio da trajetória descrita pelo carrinho, os alunos investigaram a relação entre a intensidade da resultante das forças, F, que atuam no carrinho e o período, T, de rotação da plataforma. Essa série de ensaios terá permitido concluir que F é diretamente proporcional a (A) 1 T (B) T 1 (C) T (D) T 3. Numa segunda série de ensaios, os alunos foram colocando sobrecargas no carrinho, para investigarem a relação entre o módulo da aceleração, a, dos conjuntos carrinho + sobrecargas e a respetiva massa, m. a Os resultados obtidos permitiram traçar um gráfico de a em função de m, cujo esboço se encontra representado na Figura. m Que conclusão se pode tirar a partir do esboço de gráfico representado? Figura 4. Numa terceira série de ensaios, mantendo constante a velocidade angular da plataforma, os alunos investigaram a relação entre o módulo da aceleração, a, do carrinho e o raio, r, da trajetória por ele descrita. A partir dos resultados experimentais obtidos, os alunos construíram a tabela seguinte. r /m a /m s - 0,104 7,80 0,147 11,00 0,177 1,95 0,03 15,18 0,57 19,10 Determine o módulo da velocidade angular da plataforma nesta série de ensaios. Na sua resposta, apresente, para o gráfico de a em função de r, a equação da reta de ajuste obtida, identificando as grandezas físicas consideradas. Apresente todas as etapas de resolução. Prova 715/E. Especial Página 6/ 15
GRUPO II 1. Um arranha-céus tem uma plataforma panorâmica, à qual se acede de elevador. A Figura 3 representa o módulo da velocidade, v, da cabina desse elevador, em função do tempo, t, desde o instante em que a cabina parte da base do edifício até ao instante em que atinge a plataforma. v / m s 1 3,0 0,0 0,0,5 40,0 4,5 t / s Figura 3 1.1. A força gravítica que atua na cabina realiza um trabalho no intervalo de tempo 600,; 5, @ s e um trabalho no intervalo de tempo 640,; 0 45, @ s. (A) positivo... positivo (C) negativo... positivo (B) positivo... negativo (D) negativo... negativo 1.. Conclua se há, ou não, conservação da energia mecânica do sistema cabina + Terra no intervalo de tempo 65,; 40, 0@ s. Apresente, sem efetuar cálculos, a fundamentação que lhe permite obter aquela conclusão. 1.3. A soma dos trabalhos realizados pelas forças não conservativas que atuam na cabina é (A) nula no intervalo de tempo 600,; 5, @ s. (B) nula no intervalo de tempo 65,; 40, 0@ s. (C) negativa no intervalo de tempo 600,; 5, @ s. (D) positiva no intervalo de tempo 65,; 40, 0@ s. 1.4. Considere um ocupante da cabina do elevador, de massa 80 kg. Determine a variação da energia potencial gravítica do sistema ocupante + Terra entre a base do edifício e a plataforma panorâmica. Apresente todas as etapas de resolução. Prova 715/E. Especial Página 7/ 15
. Um edifício está equipado com um conjunto de painéis fotovoltaicos..1. O rendimento de um painel fotovoltaico da potência que ele fornece ao circuito exterior e da sua orientação relativamente aos pontos cardeais. (A) não depende... depende (B) não depende... não depende (C) depende... não depende (D) depende... depende.. O conjunto de painéis fotovoltaicos instalado no edifício tem uma área total de 160 m e uma potência média de 3,7 kw. A energia média diária da radiação incidente em cada 1,0 m de painel é 5,0 kw h. Calcule o rendimento médio do conjunto de painéis fotovoltaicos. Apresente todas as etapas de resolução. 3. Duas janelas, X e Y, de uma habitação, estão equipadas com o mesmo tipo de vidro simples. O vidro da janela X tem o dobro da espessura do vidro da janela Y e ocupa o triplo da área. Considere que P X e P Y designam, respetivamente, a potência transferida, por condução, através do vidro da janela X e através do vidro da janela Y. Qual é a relação entre P X e P Y se ambos os vidros estiverem submetidos à mesma diferença de temperatura? (A) PX = (B) PX = 3 3 P P Y Y (C) PX = 6PY (D) P 1 X = PY 6 Prova 715/E. Especial Página 8/ 15
GRUPO III A radiação eletromagnética propaga-se no ar com uma velocidade praticamente igual à sua velocidade de propagação no vazio, pelo que o índice de refração do ar é 1,00. 1. A Figura 4 representa o trajeto de um feixe de radiação monocromática, muito fino, que, propagando-se inicialmente no ar, atravessa um semicilindro de um material transparente, voltando depois a propagar-se no ar. 3º 1.1. Uma parte do feixe incidente na superfície plana do semicilindro sofre reflexão nessa superfície. Qual é o ângulo, em graus, que se deverá observar entre o feixe refletido nessa superfície (não representado na Figura 4) e o feixe refratado? 30º Figura 4 1.. Qual é, para a radiação considerada, o índice de refração do material constituinte do semicilindro representado na Figura 4? (A) 0,59 (B) 1,1 (C) 1,7 (D) 1,9. No ar, uma radiação tem um comprimento de onda de 540 nm. Qual é o comprimento de onda dessa radiação num meio de índice de refração 1,40? (A) 16 nm (B) 386 nm (C) 540 nm (D) 756 nm Prova 715/E. Especial Página 9/ 15
GRUPO IV Ao nível do mar, o ar seco é uma mistura gasosa constituída por cerca de: 78%, em volume, de nitrogénio, N (g); 1%, em volume, de oxigénio, O (g); 1%, em volume, de outros gases. 1. Considere uma amostra de ar seco, recolhida ao nível do mar, de volume 5,0 dm 3, medido nas condições normais de pressão e de temperatura. Calcule a massa de O (g) que deverá existir nessa amostra. Apresente todas as etapas de resolução.. Considere a representação da molécula de O na notação de Lewis. Quantos eletrões não compartilhados devem ser representados em cada um dos átomos de oxigénio? (A) Dois. (B) Quatro. (C) Seis. (D) Oito. 3. Na molécula de N, a energia da ligação é 941 kj mol -1. Quando se formam, a pressão constante, duas moles de átomos de nitrogénio, no estado gasoso, a partir de uma mole de N (g), é, como calor, uma energia de kj. (A) libertada... 941 (B) libertada... 188 (C) absorvida... 941 (D) absorvida... 188 Prova 715/E. Especial Página 10/ 15
4. Em 1898, W. Ramsay isolou, do ar, um gás até aí desconhecido. O espectro de emissão desse gás permitiu concluir que ele era formado por um elemento químico que nunca tinha sido identificado, a que chamaram árgon. 4.1. Explique como terá sido possível concluir, a partir do espectro de emissão do gás na região do visível, que este gás era constituído por um elemento químico que nunca tinha sido identificado. Comece por referir o que se observa num espectro atómico de emissão, na região do visível. 4.. Num átomo de árgon, Ar, no estado fundamental, quantos eletrões se encontram, no total, em orbitais caracterizadas pelo número quântico l = 1? (A) Dois. (B) Seis. (C) Oito. (D) Doze. 4.3. Um dos isótopos do árgon, Ar, tem número de massa 40. Quantos neutrões existem, no total, no núcleo de um átomo desse isótopo? Prova 715/E. Especial Página 11/ 15
GRUPO V O dióxido de nitrogénio, NO (g), é um poluente atmosférico com diversos efeitos adversos. 1. O NO (g) é um gás de cor castanha que, em sistema fechado, existe sempre misturado com N O 4 (g), um gás incolor, devido a uma reação que pode ser traduzida por NO (g)? N O 4 (g) Considere uma mistura de NO (g) e de N O 4 (g) que se encontra em equilíbrio químico, à temperatura T. 1.1. A constante de equilíbrio, K c, da reação considerada é, # 10, à temperatura T. Qual será a concentração de NO (g) na mistura em equilíbrio, se a concentração de N O 4 (g) nessa mistura for 0, 030 mqldm - 3? (A) (B) (C) 0, 030, # 10 NO = mol dm 3 6 @, # 10 mol dm # 0, 030 NO 3 = 6 @, # 10 0, 030 NO = mol dm 3 6 @ (D) # 0, 030 mol dm, # 10 NO = 3 6 @ 1.. Aquecendo a mistura, a volume constante, observa-se a intensificação da cor castanha. À medida que a temperatura aumenta, sendo a reação direta, a constante de equilíbrio da reação acima representada. (A) endotérmica... aumenta (B) exotérmica... aumenta (C) endotérmica... diminui (D) exotérmica... diminui Prova 715/E. Especial Página 1/ 15
. Em laboratório, o NO (g) pode ser preparado por reação do cobre sólido com uma solução concentrada de ácido nítrico, HNO 3 (aq) (M = 63,0 g mol -1 ). Essa reação pode ser traduzida por Cu^sh+ HNO ^aqh Cu^NO h ^aqh+ HOl ^ h+ NO ^gh 4 3 3 Adicionaram-se 80,0 g de cobre a 00, # 10 cm 3 de uma solução de ácido nítrico, de densidade 1,4 g cm -3, que contém 68%, em massa, de HNO 3. Identifique o reagente limitante. Apresente todas as etapas de resolução. GRUPO VI 1. Considere átomos de flúor, de cloro e de bromo. 1.1. Quantos valores diferenciados de energia têm os eletrões de valência de qualquer um daqueles átomos no estado fundamental? (A) Um. (C) Três. (B) Dois. (D) Quatro. 1.. A energia de ionização do cloro é a energia mínima necessária para, a partir de um átomo de cloro no estado fundamental, isolado e em fase gasosa, se formar um determinado ião. Qual das configurações eletrónicas seguintes pode corresponder a esse ião no estado fundamental? (A) [Ne] 3s 3p x 3p y 3p 0 z (B) [Ne] 3s 3p x 3p y 3p z (C) [Ne] 3s 3p 1 x 3p y 3p 1 z (D) [Ne] 3s 1 3p x 3p y 3p 1 z. Os átomos de flúor, de cloro e de bromo podem ligar-se a átomos de hidrogénio, originando as moléculas HF, HCl e HBr, respetivamente. Ordene as ligações, e por ordem decrescente do comprimento de ligação. Prova 715/E. Especial Página 13/ 15
3. O ácido fluorídrico, HF^aqh, é um ácido fraco, cuja reação de ionização em água pode ser traduzida por HF^aqh+ H O^lh? F ^ aq h + H O+ ^ aq h 3 3.1. Qual das expressões seguintes pode traduzir a constante de basicidade, K b, da base conjugada do ácido fluorídrico? (A) Kb = (B) Kb = 6HF@ 6OH @ 6F @ 6H O@ 6HF@6OH @ 6F @ (C) K 6HF@ @6HO@ b = F + 6 3 (D) K 6HF@ 6HO @ 6F @ 6HO@ b = + 3 3.. O ph de uma solução de ácido fluorídrico de concentração 0,00 mol dm -3 é,45, a 5 ºC. Determine a percentagem de ácido não ionizado, nessa solução. Apresente todas as etapas de resolução. 4. Ao contrário do ácido fluorídrico, o ácido clorídrico, HCl^aqh, é um ácido forte. Adicionaram-se 150 cm 3 de HCl^aqh de concentração 0,00 mol dm -3 a 1,00 dm 3 de água. Admita que o volume da solução resultante é a soma dos volumes adicionados. Qual é o ph da solução resultante dessa adição? (A),58 (B),5 (C) 1,76 (D) 1,70 FIM Prova 715/E. Especial Página 14/ 15
COTAÇÕES Grupo Item Cotação (em pontos) I 1.. 3. 4. 10 5 5 10 30 II 1.1. 1.. 1.3. 1.4..1... 3. 5 15 5 10 5 10 5 55 III 1.1. 1... 5 5 5 15 IV 1.. 3. 4.1. 4.. 4.3. 10 5 5 10 5 5 40 V 1.1. 1... 5 5 15 5 VI 1.1. 1... 3.1. 3.. 4. 5 5 5 5 10 5 35 TOTAL 00 Prova 715/E. Especial Página 15/ 15